Effects of light quality and temperature on elongation growth, dormancy and bud burst in Norway spruce (Picea Abies) and subalpine fir (Abies Lasiocarpa)

Abstract

Elongation growth and bud development in northern perennials is under photoperiodic control. This preparation for a colder season is induced by a shorter day than the critical day for growth and development. Light quality also appears to play a role in this respect and generally affects plant growth and development. In this study we aimed to investigate the effects of different light qualities, i.e. blue (B), far-red (FR) and red (R) as day extension light on elongation growth, bud development and subsequent bud burst in seedlings of Norway spruce and Subalpine fir compared to seedlings exposed to short days conditions (SD). Since photoperiodic responses are known to be modulated by temperature, interactive effect of light quality and temperature on the growth, bud set and bud burst was also investigated. In addition, effects of these light qualities on the expression of the FLOWERING LOCUS T-TERMINAL FLOWER1-LIKE 2 (FTL2-gene) was studied in seedlings of Norway spruce. FR and B light was the most effective light qualities in maintaining growth relative to R in seedlings of Norway spruce, virtually all plants showed sustained growth under these treatments. There was no clear effect of the tested temperatures (18, 22 and 24°C) on the FR and B responses. However, R-treated seedlings showed higher elongation growth when exposed to elevated temperature, which supports that temperature affects the plant`s capability to detect photoperiod or alternatively signaling downstream of the photoreceptors involved. FTL2 transcript levels strongly supports that the FTL2-gene acts as a growth inhibitor, which is in coincidence with the treatments that ceased growth and developed bud in Norway spruce. In Subalpine fir, a similar tendency was observed. FR-treated seedlings achieved the highest growth, followed by R- and B treated seedlings. The results indicate that, FR, R and B receptors are involved in the photoperiodic control of elongation growth in seedlings of Subalpine fir as well as Norway spruce. A similar trend as for Norway spruce was observed in response to higher temperature. Many seedlings of Subalpine fir developed buds under pre-growth and in treatments which sustained growth in most plants of Norway spruce, which might indicate that a higher irradiance of light is needed to maintain growth in these seedlings compared to seedlings of Norway spruce. Strekningsvekst og knopputvikling i flerårige trær er kontrollert av fotoperiode, dvs. varigheten av lys- eller mørkeperioden. Forberedelsene til en kaldere sesong blir indusert av en kortere dag enn den kritiske daglengden for vekst og utvikling. Lyskvalitet har stor påvirkning på plantevekst og utvikling. I denne studien undersøkte vi effektene av ulike lyskvaliteter, blått (B), mørkerødt (MR) og rødt (R) som dagforlengelseslys på strekningsvekst og knopputvikling og etterfølgende knoppbrytning i norsk gran og fjelledelgran, sammenlignet med hos kortdagseksponerte planter (KD). Et annet viktig aspekt når det gjelder effekt av fotoperiode er temperatur, og samspill mellom lyskvalitet og temperatur ble derfor undersøkt i henhold til prosessene nevnt ovenfor. Videre ble også effektene av lyskvalitet på ekspresjonen av FLOWERING LOCUS T-TERMINAL FLOWER1-LIKE 2 (FTL2-gen) undersøkt, som i tidligere studier er vist å være oppregulert under KD. MR- og B lys var de mest effektive lyskvalitetene for å opprettholde vekst relativt til R lys i norsk gran. MR- og B responsene viste seg å være sterkere enn en potensiell temperatureffekt. R-behandlede planter viste en høyere grad av strekningsvekst ved høyere temperaturer, noe som indikerer at temperatur har en essensiell rolle i plantenes evne til å detektere fotoperiode eller eventuelt at temperaturen påvirker signaloverføringen nedstrøms for lysreseptorene. Resultatene for FTL2-transkript nivået viste seg å støtte hypotesen om at FTL2 fungerer som en veksthemmer, da høye transkripsjonsnivå gjenspeilte seg i behandlingene som førte til vekstavslutning og knopputvikling i norsk gran. Når det gjelder fjelledelgranen er tendensen for vekst lik som observert hos norsk gran. MR-behandlede planter oppnådde den største veksten, etterfulgt av R og B-behandlede planter. Resultatene indikerer at MR, R og B-reseptorer er involvert i den fotoperiodiske kontrollen av strekningsvekst også hos fjelledelgran. Trenden var det samme når plantene ble eksponert for en høyere temperatur. Før og i behandling utviklet en del planter av fjelledelgran knopper til forskjell fra norsk gran, noe som indikerer at en høyere lysirradians trengs for å opprettholde vekst hos denne arten.